应力波法在边坡预应力锚索（无粘结型）结构检测中的试验研究

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1、铁道科学研究院硕士学位论文应力波法在边坡预应力锚索（无粘结型）结构检测中的试验研究姓名：梁龙龙申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：朱本珍20070501铁道科学研究院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名琢筏日期：加年r月¨日关于学位论文使用授权

2、说明本人了解铁道科学研究院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校·i丁以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据有关规定，送交学位论文。对以上规定中的任何一项，本人表示同意，并愿意提供使用。作者签名：戮＆跏签名H期：弘司年J月IJ厂1中文摘要一、目的和意义目fii『，工程物探界普遍采用应力波对锚杆锚固质量无损检测进行研究。应力波法检测锚杆长度和检测砂浆饱满度的理论基础是应力波在杆中传播的运动学特性理论。具体方法是

3、在锚杆顶端施加一瞬念激振激发应力波，由布设在锚杆顶端的一个传感器接收反射应力波信号，通过对所接收的反射应力波信号进行各种分析，以期获得锚杆的有效锚固长度、砂浆饱满度、工作荷载、极限承载能力等参数，并据此对锚杆的锚固质量进行评价。如砂浆饱满度的检测问题，理论上认为从锚杆顶部发射的声频应力波经杆体向四周传播，在锚杆与砂浆、砂浆与围岩的界面会发生反射和透射。当锚杆、砂浆和围岩三者之问接触紧密时，由于波阻抗差异不大，大部分能量会透射到围岩体中去，只有小部分能量反射回来。此时传感器所接收到的回波信号的特征应是波

4、形较简单、能量相对较弱；当砂浆浇灌不密实时，各种导波会集中在杆中传播而很难辐射到杆外的介质中去，此时波在杆中的传播现象较之灌浆密实的情况要复杂的多，在记录上表现为反射波能量很强且波形很复杂。目前实际的研究工作就是期望依据这些理论和特征来检定锚杆的锚固质量。在工作条件较为理想的情况下可获得杆长度的检测结果，但情况稍复杂就容易出错或无法判定结果；砂浆饱满度的检测目前还离不开工作人员的实际经验，通常是将观测记录的数据处理成果与检测人员自身的工作经验结合起来，对锚杆的锚固质量所做出的分析判断。由于其检测结论受

5、人为因素的影响较大，故其准确度较低，往往难于满足实际工程的要求。锚索结构体系的无损检测，主要是锚筋长度、注浆质量、预应力等方面的检测。应力方面可通过长期监控预埋仪器，对锚索的长期性能进行监测。而对锚筋长度、注浆质量方面的无损检测还是借鉴于当前锚杆锚固质量应力波无损检测的研究思路和研究方法。但是锚索结构体系又有不同与锚杆结构体系的特点，主要有：(1)锚索较长，多为20一40m。(2)锚索的结构特点：①每孔锚索通常由几束钢绞线组成，每根钢绞线由多根钢丝组成；②锚索分为内锚固段、自由段和外锚固段；③锚索的结

6、构型式有多种，常用的有拉力型、压力型、拉力分散型、压力分散型等；④具有一定柔性；⑤锚索又分有粘结型与无粘结型。由于锚索结构体系的这些特征，使得目丽的锚索无损检测十分困难。目前国内还尚未见到锚索锚固深度检测方面的仪器。本文的研究内容是结合中铁西北院《边坡预应力锚索结构的安全检测与加固技术研究》课题中的无粘结锚索检测的部分，并结合应力波在杆中的传播理论，针对边坡工程中压力分散型无粘结预应力锚索结构特点，分析应力波在无粘结锚索中的传播规律以及应力波在锚索结构性质突变处的传播、反射、散射的规律，通过理论模型分

7、析、数值模拟、模型试验并结合实际工程检测，研究无粘结型预应力锚索锚固深度的无损检测的方法。为预防和解决预应力(无粘结型)锚索锚固深度不足这一质量隐患做出一定的贡献。二、研究方法综上所述，虽然国内外学者对应力波检测理论及锚固工程应力波法检测进行了大量工作，并且在岩土工程及地质工程中进行了多年的实践。但是，对于锚索锚固系统极为重要的锚固深度的检测还尚未解决，最能反映锚索施工质量水平的灌浆密实度也一直缺乏必要而有效的检测方法，这也是目前锚固工程上迫切需要集中力量重点研究解决的问题。为此本文针对边坡工程中压力

8、分散型无粘结预应力锚索制作、施工特点，提出了应用锤击激发应力波法检测其锚筋长度的研究，通过数值计算模拟、实验室模型试验、现场测试和信号处理等研究手段，力求建立针对无粘结型锚索长度的应力波法检测模型以及对锚固系统缺陷位置进行检测的方法。I收集锚杆无损检测资料，杆中应力波f传播理论及其数值方法‘l应力波法检测在锚索中I应用可行性分析图1．1本文的研究思路本文主要内容在于：应力波检Nfm索结构可行性分析、锚索长度检测方法、无粘结型钢铰线阻尼反演、无损检测结果的